CN109027772A - 一种向心型动态太阳模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种向心型动态太阳模拟器，包括一光源模块、一反射模块、一四维调整组件以及一电源控制模块，所述光源模块、所述反射模块以及所述电源控制模块均设置与所述四维调整组件连接，所述光源模块和所述四维调整组件在所述电源控制模块的控制驱动下通过所述反射模块动态模拟太阳辐照。所述向心型动态太阳模拟器四维调整，能够准确地模拟不同方位、高度以及入射角度的太阳辐照，有利于提升测试精准度，所述光源模块和所述反射模块采用独立模块设计，整体尺寸较小，便于运输和安装。

Description

一种向心型动态太阳模拟器

技术领域

本发明涉及照明光学技术领域，更准确的说涉及一种向心型动态太阳模拟器。

背景技术

在航空航天领域，太阳敏感器是一种常用的光电姿态传感器，用于提供太阳矢量与航天器上特定轴线间的角度反馈，几乎所有的航天器都需要安装太阳敏感器。在太阳敏感器的地面模拟试验和性能测试标定过程中，均需要使用太阳模拟器，太阳模拟器在地面上模拟太阳光辐照特性，模拟空间环境，提供与太阳光谱相匹配的、均匀的、准直稳定且具有一定辐照度的光源。太阳模拟器的性能直接影响太阳敏感器检测的准确度。

现有的太阳模拟器按照是否能够运动可分为静态和动态两类，其中，静态太阳模拟器主要用于对太阳光的辐照度、发散角等指标进行模拟，无法实现对航天器实际环境中太阳光照射方向变化的模拟，因此静态太阳模拟器只能用于产品的静态性能测试。随着航天技术的不断发展，对航天器地面检测的要求也不断提高，为了贴近太空飞行过程中的实际环境，要求实验测试过程中太阳模拟器除了模拟太阳光的辐照度、发散角等指标外，还能同时模拟太阳光的方位角或高度角，从而精确模拟航天器在轨飞行时的光照变化情况。为了达到上述要求，在检测过程中需要使用动态太阳模拟器。现有的动态太阳模拟器可以实现360°向心转动，如申请号为201610339956.3的专利，但是其采用分体式力矩电机作为回转臂提供回转力矩，当应用于大口径大尺寸的太阳模拟器时，所需的扭矩较大，需要驱动电机具有很大的输出功率，同时现有的动态太阳模拟器只能实现360°向心扫描，不能调整光照的高度、方位角和俯仰角，无法满足对航天器精准测试的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种向心型动态太阳模拟器，包括一光源模块、一反射模块、一四维调整组件以及一电源控制模块，所述光源模块、所述反射模块以及所述电源控制模块均设置与所述四维调整组件连接，所述光源模块和所述四维调整组件在所述电源控制模块的控制驱动下通过所述反射模块动态模拟太阳辐照。

根据本发明的目的提出的一种向心型动态太阳模拟器，包括一光源模块、一反射模块、一四维调整组件以及一电源控制模块，所述光源模块及所述反射模块与所述四维调整组件连接，所述电源控制模块为所述光源模块及所述四维调整组件供能，所述光源模块产生均匀化的汇聚光入射所述反射模块，所述反射模块对均匀化的汇聚光准直输出出射光，所述四维调整组件驱动所述光源模块及所述反射模块移动及转动，所述四维调整组件调节所述反射模块出射光的方位、高度及入射角度。

优选地，所述四维调整组件包括一环形导轨、一工作滑台、一丝杆装置以及一二维转台，所述环形导轨设置在水平面上，所述工作滑台底部与所述环形导轨连接，且所述工作滑台沿所述环形导轨滑动；所述丝杆装置垂直设置在所述工作滑台顶部与所述工作滑台连接，所述丝杆装置在垂直方向上伸缩；所述丝杆装置顶部连接所述二维转台，所述二维转台与所述光源模块及所述反射模块连接，所述光源模块及所述反射模块在所述二维转台的作用下水平转动，且所述反射模块在所述二维转台的作用下绕所述光源模块垂直转动。

优选地，所述二维转台包括一转台结构件、一水平转台电机以及一垂轴转台电机，所述转台结构件底部连接所述水平转台电机，所述转台结构件侧部连接所述垂轴转台电机，所述水平转台电机和所述垂轴转台电机正交，所述转台结构件通过所述水平转台电机与所述丝杆装置连接，所述转台结构件顶部与所述光源模块连接，所述垂轴转台电机侧面与所述反射模块连接。

优选地，所述环形导轨包括一外导轨和一内导轨，所述外导轨和所述内导轨共面同轴，所述外导轨的直径大于所述内导轨的直径，所述工作滑台设置在所述外导轨及所述内导轨底部，且所述工作滑台与所述内导轨和滑动的连接。

优选地，所述工作滑台包括一滑台板、一丝杆连接部、一驱动电机、一行星齿轮、一V型滚轮轴承以及至少四个万向轮，所述滑台板设置在所述环形导轨的顶部，所述丝杆连接部设置于所述滑台板顶部，且所述滑台板通过所述丝杆连接部与所述丝杆装置连接，所述驱动电机设置于所述滑台板顶部，所述行星齿轮设置于所述滑台板底部，且所述驱动电机与所述行星齿轮对应设置，所述驱动电机驱动所述行星齿轮转动，所述V型滚轮轴承设置于所述滑台板底部，且所述滑台板通过所述V型滚轮轴承与所述内导轨可滑动的连接，四个所述万向轮设置于所述滑台板底部，且当所述V型滚轮轴承与所述内导轨连接时，四个所述万向轮位于所述外导轨和所述内导轨之间，所述内导轨的外圈为环形齿圈，所述行星齿轮与所述内导轨的环形齿圈啮合。

与现有技术相比，本发明公开的一种向心型动态太阳模拟器的优点在于：太阳模拟器四维调整，能够准确地模拟不同方位、高度以及入射角度的太阳辐照，有利于提升测试精准度；所述光源模块和所述反射模块采用独立模块设计，整体尺寸较小，便于运输和安装。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种向心型动态太阳模拟器的结构示意图。

图2为本发明一种向心型动态太阳模拟器的四维调整组件的结构示意图。

图3为所述四维调整组件的工作滑台的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本申请一种向心型动态太阳模拟器包括一光源模块10、一反射模块20、一四维调整组件30以及一电源控制模块40，所述光源模块10和所述反射模块20均与所述四维调整组件30连接，所述四维调整组件30采用向心型结构，所述电源控制模块40为所述光源模块10及所述四维调整组件30供能。所述光源模块10产生均匀化的汇聚光束入射所述反射模块20，所述反射模块20对均匀化的汇聚光束进行准直输出，所述光源模块10及所述反射模块20在所述四维调整组件30的驱动下移动及转动，且通过所述四维调整组件30能够对所述反射模块20出射光的方位、高度及入射角度进行调节。进一步的，所述光源模块10、所述反射模块20以及所述电源控制模块40均与所述四维调整组件30可拆卸的连接，方便更换运输。

具体的，如图2所示，所述四维调整组件30包括一环形导轨31、一工作滑台32、一丝杆装置33以及一二维转台34，所述环形导轨31设置在水平面上，所述工作滑台32底部与所述环形导轨31连接，且所述工作滑台32能够沿所述环形导轨31滑动；所述丝杆装置33垂直设置在所述工作滑台32顶部与所述工作滑台32连接，且所述丝杆装置33能够在垂直方向上伸缩，所述丝杆装置33采用电动传动方式的多级丝杆升降结构，多级丝杆所设计的所有螺纹和螺距是一样的，在进行升降的过程当中，升降速度是相同的，位置可以进行精确的控制，其定位精度为2mm，运动速不大于10mm/s；所述丝杆装置33顶部连接所述二维转台34，所述二维转台34与所述光源模块10及所述反射模块20连接，且所述光源模块10及所述反射模块20可在所述二维转台34的作用下水平转动，所述反射模块20可在所述二维转台34的作用下绕所述光源模块34垂直转动。通过所述二维转台34与所述四维调整组件30连接的所述光源模块10及所述反射模块20能够随所述工作滑台32的滑动改变位置，随所述丝杠装置33的伸缩改变高度，在所述二维转台34的驱动下改变俯仰角和方位角，从而通过操纵所述四维调整组件30可以调整从所述反射模块20输出光的方位、高度及入射角度，动态模拟太阳辐照。

更进一步的，所述二维转台34包括一转台结构件341、一水平转台电机342以及一垂轴转台电机343，所述转台结构件341为L形结构，所述转台结构件341底部连接所述水平转台电机342，所述转台结构件341侧部连接所述垂轴转台电机343，所述水平转台电机342和所述垂轴转台电机343正交。所述转台结构件341通过所述水平转台电机342与所述丝杆装置33连接，且当所述水平转台电机342工作时，所述转台结构件341环绕所述丝杆装置33轴线转动。所述转台结构件341顶部与所述光源模块10连接，当所述转台结构件341转动时，所述光源模块10随所述转台结构件341转动。所述垂轴转台电机343侧面与所述反射模块20连接，当所述垂轴转台电机343工作时，所述反射模块20环绕所述垂轴转台电机343的转轴转动。通过所述水平转台电机342带动所述光源模块10和所述反射模块20水平转动，可以改变所述反射模块20出射光的方位角，通过所述垂轴转台电机343带动所述反射模块20垂直方向转动，可以改变所述反射模块20出射光的俯仰角。优选地，所述二维转台34转动角度定位精度为0.1°，转动角度范围为0°至360°，转动速度可调，优选不大于5°/s。

所述环形导轨31包括一外导轨311和一内导轨312，所述外导轨311和所述内导轨312共面同轴，所述外导轨311的直径大于所述内导轨312的直径，所述环形导轨31的双轨结构能够有效防止所述工作滑台32在沿所述环形导轨31滑动过程中出现侧倾，提高了稳定性。所述内导轨312的外圈为环形齿圈，所述工作滑台32与所述内导轨312连接。

如图3所示，所述工作滑台32包括一滑台板321、一丝杆连接部322、一驱动电机323、一行星齿轮324、一V型滚轮轴承325以及至少四个万向轮326，所述滑台板321为水平设置的长方形板，所述滑台板321设置于所述环形导轨31的顶部，所述电源控制模块40可设置在所述滑台板321顶部与所述滑台板321连接；所述丝杆连接部322设置于所述滑台板321顶部，且所述滑台板321通过所述丝杆连接部322与所述丝杆装置33连接；所述驱动电机323设置于所述滑台板321顶部，所述行星齿轮324设置于所述滑台板321底部，且所述驱动电机323与所述行星齿轮324对应设置，所述驱动电机323驱动所述行星齿轮324转动；所述V型滚轮轴承325设置于所述滑台板321底部，且所述滑台板321通过所述V型滚轮轴承325与所述内导轨312可滑动的连接，通过所述V型滚轮轴承325能够对所述滑台板321进行水平和垂直方向的限位；四个所述万向轮326设置于所述滑台板321底部，且当所述V型滚轮轴承325与所述内导轨312连接后，四个所述万向轮326位于所述外导轨311和所述内导轨312之间，四个所述万向轮326在垂直方向支撑所述滑台板321。所述行星齿轮324与所述内导轨312的环形齿圈啮合，当所述环形齿轮324在所述驱动电机323的驱动下转动时，所述滑台板321会在所述行星齿轮324的带动下通过四个所述万向轮326沿所述环形导轨31进行圆周运动，并且通过改变所述驱动电机324的转动方向，即可改变所述滑台板321的转动方向。进一步的，所述驱动电机323采用大减速比例减速机降低转速，支架转矩，通过调节所述驱动电机323的转速，即可调节所述工作滑台32的转速，优选限定所述工作滑台32转速不大于1°/s。

所述向心型动态太阳模拟器在使用过程中，所述工作滑台32在所述驱动电机323的驱动下沿所述环形导轨31运动，同时所述丝杆装置33改变所述光源模块10及所述反射模块20的高度，所述水平转台电机342改变所述光源模块10及所述反射模块20的水平转动角度，所述垂轴转台电机343改变所述反射模块20的俯仰角，从而实现了四维调节，能够模拟不同方位、高度以及入射角度的太阳辐照。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种向心型动态太阳模拟器，其特征在于，包括一光源模块、一反射模块、一四维调整组件以及一电源控制模块，所述光源模块及所述反射模块与所述四维调整组件连接，所述电源控制模块为所述光源模块及所述四维调整组件供能，所述光源模块产生均匀化的汇聚光入射所述反射模块，所述反射模块对均匀化的汇聚光准直输出出射光，所述四维调整组件驱动所述光源模块及所述反射模块移动及转动，所述四维调整组件调节所述反射模块出射光的方位、高度及入射角度。

2.如权利要求1所述的向心型动态太阳模拟器，其特征在于，所述四维调整组件包括一环形导轨、一工作滑台、一丝杆装置以及一二维转台，所述环形导轨设置在水平面上，所述工作滑台底部与所述环形导轨连接，且所述工作滑台沿所述环形导轨滑动；所述丝杆装置垂直设置在所述工作滑台顶部与所述工作滑台连接，所述丝杆装置在垂直方向上伸缩；所述丝杆装置顶部连接所述二维转台，所述二维转台与所述光源模块及所述反射模块连接，所述光源模块及所述反射模块在所述二维转台的作用下水平转动，且所述反射模块在所述二维转台的作用下绕所述光源模块垂直转动。

3.如权利要求2所述的向心型动态太阳模拟器，其特征在于，所述二维转台包括一转台结构件、一水平转台电机以及一垂轴转台电机，所述转台结构件底部连接所述水平转台电机，所述转台结构件侧部连接所述垂轴转台电机，所述水平转台电机和所述垂轴转台电机正交，所述转台结构件通过所述水平转台电机与所述丝杆装置连接，所述转台结构件顶部与所述光源模块连接，所述垂轴转台电机侧面与所述反射模块连接。

4.如权利要求2所述的向心型动态太阳模拟器，其特征在于，所述环形导轨包括一外导轨和一内导轨，所述外导轨和所述内导轨共面同轴，所述外导轨的直径大于所述内导轨的直径，所述工作滑台设置在所述外导轨及所述内导轨底部，且所述工作滑台与所述内导轨和滑动的连接。

5.如权利要求4所述的向心型动态太阳模拟器，其特征在于，所述工作滑台包括一滑台板、一丝杆连接部、一驱动电机、一行星齿轮、一V型滚轮轴承以及至少四个万向轮，所述滑台板设置在所述环形导轨的顶部，所述丝杆连接部设置于所述滑台板顶部，且所述滑台板通过所述丝杆连接部与所述丝杆装置连接，所述驱动电机设置于所述滑台板顶部，所述行星齿轮设置于所述滑台板底部，且所述驱动电机与所述行星齿轮对应设置，所述驱动电机驱动所述行星齿轮转动，所述V型滚轮轴承设置于所述滑台板底部，且所述滑台板通过所述V型滚轮轴承与所述内导轨可滑动的连接，四个所述万向轮设置于所述滑台板底部，且当所述V型滚轮轴承与所述内导轨连接时，四个所述万向轮位于所述外导轨和所述内导轨之间，所述内导轨的外圈为环形齿圈，所述行星齿轮与所述内导轨的环形齿圈啮合。